铀矿采冶废水处理及药剂
2013-06-18 14:06阅读:
铀矿采冶废水处理及药剂
一、铀矿山废水处理及药剂
铀矿山废水的组成包括坑道废水、选矿废水、矿石和废石堆放场废水及其他。其中坑道废水包括从铀矿体涌出的地下潜水和地表渗透水,以及开采过程凿岩、冲洗、除尘、降温等生产过程的作业用水。当矿石中的硫化铁含量较高时,水中的铀、镭浓度更高;选矿废水是矿石经粉碎后大量水冲洗矿石表面所产生;矿石和废石堆放场废水是由堆放的矿石和废石受风雨浸蚀和流水浸蚀冲刷所形成,当矿石含黄铁时,经水浸泡而生成硫酸,因而将有更多的铀、镭被浸出,使废水中的放射性含量增高;其他废水是指矿车、选矿车辆的冲洗水。
铀矿山废水通常分为酸性(pH<7)和碱性(pH>7)两类。酸性坑道废水含铀量为20~50mg/L,含镭量约为37~100Bq/L,pH为2~3。含碳酸氢盐的弱碱性坑道水一般含铀量为0.5~3mg/L,含镭量为1.8~3.7
Bq/L,HCO3为100~200mg/L。
铀矿山废水所含放射性元素主要是铀、镭以及微量的氢、钋和
210铅。非放射性金属离子有K
+、Na
+、Mg
2+、Ca
2+、Al
3+、Mn
2+、Pb
2+等。非金属离子有SO4
2-、Cl
-、HCO3
-、HPO4
2-等。此外,还有游离酸、悬浮物、胶体无机物和油类。
(一)
铀矿山废水的特征和水质水量
铀矿山废水的主要特征是含有铀、镭等放射性元素。另一特征是水量变化大和化学成稳定,这是与铀水冶厂废水的不同之处。
铀矿山废水的化学成分受地质与水文地质条件、气候条件和开采方式的影响,水量则受矿坑水和补给条件、岩石性质与产状以及开采深度的影响,因而各铀矿的废水排放量和水质差异很大。即使同一铀矿,在不同季节、不同气候和不同作业条件下,废水的水质水量也不完全相同。下表为该废水的基本水质情况。
铀矿山废水的水质表
特征
|
单位
|
幅度范围
|
低值
|
高值
|
pH
|
|
2.3
|
8.5
|
SO42-
|
g/L
|
5~20
|
50
|
悬浮物
|
mg/L
|
500
|
5000
|
含锰量
|
Bq/L
|
1.8(0.5)
|
10~189(3-5)
|
含铀量
|
mg/L
|
0.3~0.5
|
50~60
|
排出量
|
m3/h
|
30~40
|
200~300
|
(二)
铀矿山废水的处理方法及药剂
目前,我国铀矿山废水的处理方法主要有稀释、化学沉淀、离子交换、电渗析等,其中应用最广的是离子交换法。
使用的离子交换剂有天然无机离子交换剂(蛭石、皂土、沸石、高岭土、软锰矿、重晶石等),人工无机离子交换剂(活化锯末、碱式碳酸锌、氢氧化钛等),天然有机离子交换剂(褐煤、泥煤、木屑等),人工有机离子交换剂(磺化煤、磷酸纤维、离子交换树脂等)。其中以离子交换树脂的处理效果最好,但从经济上考虑,则以选用地方性材料为宜。
二、铀水冶厂废水处理及药剂
铀水冶厂废水是铀矿水法冶炼过程中形成的。铀水法冶炼工艺主要有酸法流程、碱法流程和酸—碱联合流程,生产过程主要产生酸性含铀废水和碱性含铀废水。
铀水冶厂的其他废水有实验室排出水、车间地面和设备冲洗水、洗衣房和淋浴室排水等。
(一)
铀水冶厂废水的水质水量
铀水冶过程排出的尾弃矿浆是由固矿渣(粗砂、细泥)与废水组成的混合液,其中含少量铀和剧毒
226镭,1t品位为0.1%U3O8的铀矿石含镭约300μg。酸性浸出时,约有0.6~2μg镭溶解,其中93%~95%随工艺废水排出,浓度约为12×10
-10g/L。碱性浸出时溶镭量较多,但通常将碱性浸出液直接进行化学沉淀而和铀一起沉淀。此外,有时还含有钍、钋等物质。
水冶厂废水中还含有工艺中使用的化学试剂和矿石中的可溶成分。通常酸性废液含有大量SO4
2-、NO3
-或Cl
-,V、Mn、Fe等。萃余液中含有机溶剂(烷基磷酸酯或胺、醇及煤油等),其量虽小(一般不大于100mg/L),但对水生生物毒性很大。未经中和的酸性废液若直接排放也可能对环境造成很大危害。
经过水冶的尾砂通常与废水(液)合并,经中和或不中和,排入工厂附近尾矿库贮存,其中的固体颗粒靠自重沉向库底,液体一般回用或自然蒸发,渗入地下,或排入河流。尾矿库被沉积固体填满后成为尾矿堆。下表为库水中的杂质成分和含量。
尾矿库中废水杂质成分和含量表
序号
|
成分
|
含量
|
|
序号
|
成分
|
含量
|
1
|
铀
|
0.001~0.002mg/L
|
5
|
镁
|
0.05~0.1g/L
|
2
|
镭
|
(1~2)×10-10g/L
|
6
|
SO42-
|
1.5~2.0g/L
|
3
|
锰
|
20~100mg/L
|
7
|
NO3-
|
0.5~1.0g/L
|
4
|
钙
|
0.8~1.0g/L
|
8
|
NH4+
|
0.04~0.06g/L
|
清洗、浴室等的废水一般与工艺废水合并后排入尾矿库。
(二)铀水冶厂废水处理方法及药剂
铀水冶废水的处理方法有物理法(自然蒸发、浓缩、过滤等),化学或物理化学法(中和、离子交换、电渗析等)生物法(细菌或微生物吸收分解作用)等。由于该废水(液)的成分复杂,有害杂质多,排放标准严,因此,一般需采取多种方法联合处理才能取得较好效果。
根据对原废水(液)治理的不同要求,可采用以下一些不同的工艺。
1.
尾矿浆及废水的中和去铀
酸性或碱废水(液)在排经尾矿库前需用石灰乳中和,使其呈中性或弱碱性(pH为7~8)。中和处理后,杂质去除率可达85%左右。具体去除效果见下表。
石灰乳中和尾矿浆及废水对杂质的去除效果表
序号
|
杂质成分
|
中和前含量/
(mg/L)
|
中和后含量/(mg/L)
|
pH=3.3
|
pH=7.7
|
pH=9.5
|
1
|
铀
|
45
|
3.4
|
0.5
|
0.3
|
2
|
锰
|
1.85×102Bq/L
|
|
1.85×10Bq/L
|
3.7 Bq/L
|
3
|
铁
|
3500
|
42
|
0.1
|
-
|
4
|
铝
|
1500
|
|
-
|
-
|
5
|
锰
|
3500
|
110
|
6
|
4
|
6
|
钙
|
400
|
530
|
815
|
820
|
7
|
镁
|
450
|
335
|
142
|
120
|
8
|
砷
|
165
|
0.2
|
0.01
|
-
|
9
|
SO42-
|
30g/L
|
3.86g/L
|
2.21g/L
|
2.1g/L
|
经石灰中和pH为7.7的尾矿浆含铀量仍有0.5mg/L,需再加石灰乳调pH至10~10.5,使铀含量进一步降低,达到露天水源中铀的排放限值(<0.05mg/L)。若采用离子交换树脂处理,除铀率可大于99%。被树脂吸附的铀可用10%Na2CO3+5%NaHCO3溶液淋洗下来,淋洗液用NaOH处理,使铀浓缩沉淀后回收。
2.尾矿浆和废水除镭
矿石水冶后,原矿中约有0.72%的镭转入废水,废矿浆液中镭含量约为(1~3)×10
2Bq/L,高于限制值约1个级,因而需进行除镭处理。
镭能与天然重晶石(BaSO
4)中的钡起同晶置换作用而被重晶石截获,达到除镭效果。当重晶石粒度为0.5~10mm,吸附层高度为0.5~1.0m,接触时间为1.5~2.0min时,废水通过吸附层的流出液体积在10000倍床体积前,镭含量可降至限值以下,除镭效率一般在90%以上。其他钡盐(如BaCO3、BaCl2)也可以从中性或酸性废水有效地除镭。具体去除效果见下表。
钡盐除镭效果表(试验值)
废水特性
|
钡盐
|
加入量/
(g/L)
|
锰浓度/(Bq/L)
|
除镭效率/
%
|
处理前
|
处理后
|
中性(pH=7)
|
BaSO4
|
0.3
|
37
|
11
|
70
|
BaCO3
|
0.01
|
173
|
11
|
94
|
BaCO3
|
0.03
|
296
|
7.4
|
97
|
BaCO3
|
0.06
|
163
|
2.2
|
99
|
BaCO3
|
0.2
|
159
|
0.7
|
99
|
酸性(pH=2)
|
BaCO3
|
0.1
|
55.5
|
6.6
|
98
|
BaCl2
|
0.1
|
55.5
|
|